JPH0743039B2 - mechanical seal - Google Patents

mechanical seal

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JPH0743039B2
JPH0743039B2 JP12521491A JP12521491A JPH0743039B2 JP H0743039 B2 JPH0743039 B2 JP H0743039B2 JP 12521491 A JP12521491 A JP 12521491A JP 12521491 A JP12521491 A JP 12521491A JP H0743039 B2 JPH0743039 B2 JP H0743039B2
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JP
Japan
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mechanical seal
sealing
carbon
boron nitride
face
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JP12521491A
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JPH04327068A (en
Inventor
章 井上
育義 木田
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
Original Assignee
Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、二つの密封端面を相対
摺接回転させるようにしたメカニカルシールに関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical seal in which two hermetically sealed end faces are rotated in relative sliding contact with each other.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のメカニカルシールにおいては、
シール性及び耐久性の点から、一般に、一方の密封端面
をカーボン材で構成し、他方の密封端面をタングステン
カーバイド等の超硬合金材で構成している。
2. Description of the Related Art In this type of mechanical seal,
From the viewpoint of sealing property and durability, one sealing end face is generally made of a carbon material and the other sealing end face is made of a cemented carbide material such as tungsten carbide.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、メカニ
カルシールの使用分野が拡大するにつれて、石油化学分
野で使用されるポンプにおける如く高粘度の油等をシー
ルさせたり、高負荷(P.V.T )条件下でシールさせる等
のように、その使用条件も苛酷になる傾向にあることか
ら、上記した従来のメカニカルシールでは対応できない
場合が多い。
However, as the field of use of mechanical seals has expanded in recent years, it has been possible to seal oils of high viscosity, such as in pumps used in the petrochemical field, or under high load (PVT) conditions. Since the usage conditions thereof tend to be severe, such as the case where the above-mentioned conventional mechanical seal is used, there are many cases where the conventional mechanical seal cannot be used.

【0004】すなわち、高粘度の油をシールさせるよう
な場合、密封端面間においては摺動抵抗が大きくなる等
により高熱が発生することになり、かかる発生熱によ
り、カーボン製の密封端面が短時間のうちに部分的に隆
起し、その隆起部分が破壊されてカーボンが離脱した
り、或いはカーボンが離脱しないまでも隆起部分にクラ
ックが生じたりする(以下、かかる現象を「ブリスタ」
と総称する)。そして、カーボン製の密封端面にブリス
タが発生すると、密封端面間から大量の漏れが生じて、
所定のシール機能を発揮し得なくなる。
That is, when a high-viscosity oil is sealed, high heat is generated between the sealed end faces due to a large sliding resistance, and the generated heat causes the sealed end faces made of carbon to remain in a short time. Partially raised in the inside, the raised portion is destroyed and carbon is detached, or cracks occur in the raised portion even if carbon is not detached (hereinafter, such phenomenon is referred to as “blister”).
Generically). Then, if a blister occurs on the carbon seal end face, a large amount of leakage occurs between the seal end faces,
The predetermined sealing function cannot be exerted.

【0005】そこで、従来からも、かかるブリスタ対策
として、メソフェース系のカーボンを使用することが試
みられているが、ブリスタを効果的に防止し得るもので
はなく、通常のカーボンに比して自己潤滑性に劣り且つ
高価なものであることとも相俟って、有効なブリスタ対
策とはいい難い。
Therefore, it has been attempted to use mesophase carbon as a countermeasure against such blisters, but it cannot prevent blisters effectively and self-lubricates as compared with ordinary carbon. It is difficult to say that it is an effective blister measure, because it is inferior and expensive.

【0006】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、高粘度の油をシールさせるといったようなブリスタ
を生じ易い条件下においても、かかる現象の発生を効果
的に防止し得て、長期に亘って良好なシール機能を発揮
しうるメカニカルシールを提供することを目的とするも
のである。
The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to effectively prevent the occurrence of such a phenomenon even under the condition that blisters are likely to occur such as sealing high-viscosity oil for a long term. An object of the present invention is to provide a mechanical seal capable of exhibiting a good sealing function over the entire length.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のメカニカルシー
ルは、上記の目的を達成すべく、相対摺接回転する二つ
の密封端面のうち、一方をカーボン材で構成し、他方を
ボロンナイトライドが分散配合された超硬合金材で構成
しておくことを提案するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the mechanical seal of the present invention comprises one of two sealing end faces which rotate in relative sliding contact, made of a carbon material, and the other one made of boron nitride. It is proposed that the cemented carbide material is dispersed and mixed.

【0008】ボロンナイトライドを配合した超硬合金材
からなる密封端面(以下「BN配合密封端面」という)
は、例えば、タングステンカーバイド粉末にボロンナイ
トライドを適当量添加して均一に分散,混合し、これを
所定形状に加圧成形した上で、焼結させることによって
得られる。ボロンナイトライドの添加量は、一般に、5
〜25体積%としておくことが好ましい。なお、超硬合
金としては、タングステンカーバイドの他、チタンカー
バイド,その他のサーメットを適宜選択することができ
る。
A sealed end surface made of a cemented carbide material mixed with boron nitride (hereinafter referred to as "BN mixed sealed end surface").
Can be obtained, for example, by adding an appropriate amount of boron nitride to tungsten carbide powder, uniformly dispersing and mixing the mixture, press-molding this into a predetermined shape, and then sintering. The amount of boron nitride added is generally 5
It is preferably set to ˜25% by volume. In addition to tungsten carbide, titanium carbide and other cermets can be appropriately selected as the cemented carbide.

【0009】[0009]

【作用】BN配合密封端面においては、ボロンナイトラ
イドが独立した微細ポアの形態で点在することになるか
ら、高粘度の油をシールさせるような場合にも、このポ
アが一種のオイルポケットとして機能し、密封端面間で
の潤滑作用が良好に行われると共に冷却作用が促進され
ることになる。その結果、密封端面間での熱発生が可及
的に抑制され、カーボン製密封端面において熱的に発生
するブリスタは、それが効果的に防止され、長期に亘っ
て良好なシール機能が発揮される。
Since boron nitride is scattered in the form of independent fine pores on the BN-blended sealing end surface, even when high-viscosity oil is sealed, these pores function as a kind of oil pocket. It functions, and the lubricating action between the sealing end faces is favorably performed and the cooling action is promoted. As a result, heat generation between the sealed end faces is suppressed as much as possible, and the blister that is thermally generated at the carbon sealed end faces is effectively prevented, and a good sealing function is exhibited for a long period of time. It

【0010】ところで、タングステンカーバイドからな
る従来の密封端面材と同一の仕上げ条件において、BN
配合密封端面における表面粗さは上記ポアの存在により
0.08〜0.35μRaとなっており、かかる範囲の
表面粗さに保つことが、上記した潤滑効果,冷却効果を
促進して良好なシール機能を発揮させる上で極めて重要
である。すなわち、表面粗さが0.08μRa未満であ
ると、密封端面間での潤滑作用,冷却作用が充分に行わ
れず、逆に0.35μRaを超えると、密封端面の摺接
によるシール作用が維持されず、大量漏れを生じること
になる。而して、BN配合密封端面の構成部材において
は、超硬合金組織中にボロンナイトライドが均一に上記
した形態で分散していることから、BN配合密封端面を
鏡面に仕上げた場合や相手密封端面との摺接により馴染
んだ場合にも、オイルポケットとして機能するポアが消
失したりすることがなく、表面粗さを上記範囲に保持す
ることができる。
By the way, under the same finishing conditions as the conventional sealing end material made of tungsten carbide, BN
The surface roughness of the compound sealing end surface is 0.08 to 0.35 μRa due to the presence of the pores, and maintaining the surface roughness in such a range promotes the above-mentioned lubricating effect and cooling effect and provides a good seal. It is extremely important for exerting its function. That is, if the surface roughness is less than 0.08 μRa, the lubricating action and cooling action between the sealed end faces are not sufficiently performed, and conversely, if it exceeds 0.35 μRa, the sealing action due to the sliding contact of the sealed end faces is maintained. Instead, a large amount of leakage will occur. Thus, in the constituent member of the BN-blended sealing end face, since boron nitride is uniformly dispersed in the cemented carbide structure in the above-mentioned form, when the BN-blended sealing end face is mirror-finished or the opposite sealing is performed. Even if it is fit by sliding contact with the end face, the pores functioning as oil pockets do not disappear, and the surface roughness can be maintained within the above range.

【0011】なお、BN配合密封端面は、上記した点以
外にも、苛酷な使用条件下でのメカニカルシールの信頼
性を高める上で有効な種々の特性を有する。例えば、ボ
ロンナイトライドは周知のように自己潤滑物質であるか
ら、これを均一に分散配合させた超硬合金材からなるB
N配合密封端面は、通常の超硬合金材からなる密封端面
に比して自己潤滑性に極めて優れる。また、ボロンナイ
トライドはタングステンカーバイド等の超硬合金と同様
に耐摩耗性,耐蝕性等に優れたものであるから、ボロン
ナイトライドを配合することによっては超硬合金自体の
特性を損なうことがない。また、超硬合金の組織中にボ
ロンナイトライドが分散することから、その分散ポアに
おいてサーマルクラックが阻止されることになり、耐熱
割れ性が著しく向上する。しかも、分散されたボロンナ
イトライド部分で応力が緩和され、靱性が向上し、耐熱
衝撃性が向上することになる。さらに、超硬合金にボロ
ンナイトライドつまり固体潤滑材を分散配合させたもの
であるから、含油材を使用した場合のように、潤滑材が
流出してシール材自体の特性を劣化させるようなことが
ない。
In addition to the above-mentioned points, the BN-blended sealing end surface has various characteristics effective for enhancing the reliability of the mechanical seal under severe operating conditions. For example, since boron nitride is a self-lubricating substance as is well known, B made of a cemented carbide material in which it is uniformly dispersed and blended.
The N-containing hermetically sealed end face is extremely superior in self-lubricating property as compared with the hermetically sealed end face made of a usual cemented carbide material. Further, since boron nitride has excellent wear resistance and corrosion resistance as well as cemented carbides such as tungsten carbide, the addition of boron nitride may impair the characteristics of the cemented carbide itself. Absent. Further, since boron nitride is dispersed in the structure of the cemented carbide, thermal cracks are prevented in the dispersed pores, and the thermal crack resistance is significantly improved. Moreover, the stress is relieved in the dispersed boron nitride portion, the toughness is improved, and the thermal shock resistance is improved. Furthermore, since boron nitride, that is, a solid lubricant, is dispersed and mixed in the cemented carbide, the lubricant may flow out and deteriorate the characteristics of the sealing material itself, as in the case of using an oil-impregnated material. There is no.

【0012】[0012]

【実施例】実施例として、軸径40mmの回転軸に装着し
うるメカニカルシールであって、密封端面材質が通常の
カーボンとボロンナイトライドを均一に分散配合したタ
ングステンカーバイドとの組み合わせからなるメカニカ
ルシールを製作した。また、比較例として、上記メカ
ニカルシールと同一構造ではあるが、密封端面材質が
通常のカーボンとボロンナイトライドを配合しないタン
グステンカーバイドとの組み合わせからなるメカニカル
シール及びメソフェース系カーボンとボロンナイトラ
イドを配合しないタングステンカーバイドとの組み合わ
せからなるメカニカルシールを夫々製作した。
EXAMPLES As an example, a mechanical seal which can be mounted on a rotary shaft having a shaft diameter of 40 mm, and which has a sealing end surface made of a combination of normal carbon and tungsten carbide in which boron nitride is uniformly dispersed and mixed. Was produced. Further, as a comparative example, the mechanical seal has the same structure as the above mechanical seal, but the sealed end face material is a mechanical seal made of a combination of tungsten and carbide that does not contain normal carbon and boron nitride, and does not contain mesophase carbon and boron nitride. Each mechanical seal made with a combination of tungsten carbide was manufactured.

【0013】そして、各メカニカルシールを上記
回転軸に組み込んで、次のような条件下で30分間隔で
発停を繰り返し行った。
Then, each mechanical seal was incorporated into the rotary shaft, and the start and stop were repeated at intervals of 30 minutes under the following conditions.

【0014】 密封流体:C重油 流体圧力:7Kgf/cm2 流体温度:30℃(運転停止時の温度) 回転数 :3600r.p.m.Sealed fluid: C heavy oil Fluid pressure: 7 Kgf / cm 2 Fluid temperature: 30 ° C. (temperature when operation is stopped) Rotation speed: 3600 rpm

【0015】その結果、比較例のメカニカルシールで
は、運転時に流体温度が90℃まで上昇し、発停回数が
2回(2時間)の時点でブリスタが発生して、大量の漏
れが生じた。また、メカニカルシールでは、運転時に
流体温度が90℃まで上昇し、発停回数が15回(15
時間)の時点でブリスタが発生して、大量の漏れが生じ
た。
As a result, in the mechanical seal of the comparative example, the fluid temperature rose to 90 ° C. during operation, blistering occurred at the time of starting and stopping twice (2 hours), and a large amount of leakage occurred. Also, with mechanical seals, the fluid temperature rises to 90 ° C during operation, and the number of starts and stops is 15 (15
Blisters occurred at the time point (h) and a large amount of leakage occurred.

【0016】一方、実施例のメカニカルシールでは、
運転時に流体温度が80℃までしか上昇せず、発停回数
が160回(160時間)の時点でも大量漏れが生じ
ず、ブリスタが発生しないことが確認された。最終的に
は、発停回数が164回(164時間)の時点でブリス
タが発生した。
On the other hand, in the mechanical seal of the embodiment,
It was confirmed that the fluid temperature rose only to 80 ° C. during operation, no large amount of leakage occurred even when the number of times of starting and stopping was 160 times (160 hours), and blister did not occur. Finally, the blister occurred when the number of times of starting and stopping was 164 times (164 hours).

【0017】かかる実験結果から、密封端面材質をカー
ボンとボロンナイトライドを配合した超硬合金との組み
合わせとすることによって、上記した如き苛酷な条件下
でもブリスタの発生を効果的に防止することができ、長
期に亘って良好なシール機能を発揮させることができる
ことが理解される。
From the above experimental results, it is possible to effectively prevent the occurrence of blisters even under the severe conditions as described above, by using a combination of carbon and boron carbide as a material for the sealing end face. It is understood that it is possible to exert a good sealing function for a long period of time.

【0018】なお、カーボン製密封端面の構成材として
は、上記した如く通常のカーボンで充分であるが、必要
に応じてメソフェース系のカーボンを使用してもよいこ
とは勿論である。また、本発明に係るメカニカルシール
は、密封流体が上記したC重油の如き高粘度流体でない
条件下でも好適に使用することができる。すなわち、B
N配合密封端面におけるポアの存在により潤滑効果,冷
却効果を促進して、カーボン製密封端面におけるブリス
タを効果的に防止し得るのである。
As described above, ordinary carbon is sufficient as the constituent material of the carbon sealing end face, but it goes without saying that mesophase carbon may be used if necessary. Further, the mechanical seal according to the present invention can be suitably used even under the condition that the sealing fluid is not a high-viscosity fluid such as the C heavy oil described above. That is, B
The presence of pores on the N-containing sealed end face promotes the lubricating effect and the cooling effect, and effectively prevents blisters on the carbon-made sealed end face.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高粘度の油をシールさせる場合のような苛酷
な条件下においても、密封端面間での潤滑効果,冷却効
果を促進し得て、カーボン製密封端面におけるブリスタ
を効果的に防止することができ、長期に亘って良好なシ
ール機能を発揮させることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the lubrication effect and the cooling effect between the sealed end faces are promoted even under severe conditions such as when sealing high viscosity oil. As a result, it is possible to effectively prevent blisters on the carbon-sealed end face, and it is possible to exert a good sealing function for a long period of time.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相対摺接回転する二つの密封端面のう
ち、一方をカーボン材で構成し、他方をボロンナイトラ
イドが分散配合された超硬合金材で構成したメカニカル
シール。
1. A mechanical seal in which one of two sealed end faces that rotate in relative sliding contact is made of a carbon material and the other is made of a cemented carbide material in which boron nitride is dispersed and mixed.
JP12521491A 1991-04-25 1991-04-25 mechanical seal Expired - Lifetime JPH0743039B2 (en)

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JPH04327068A JPH04327068A (en) 1992-11-16
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